基于單片機(jī)的RFID 門禁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王紀(jì)

摘要：該設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)與射頻卡的無線門禁系統(tǒng)。通過對已注冊的射頻卡進(jìn)行識(shí)別，并與之建立通信，實(shí)現(xiàn)門禁的控制。經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測，該系統(tǒng)能夠提供較高的實(shí)時(shí)性和安全性。

關(guān)鍵詞：RFID；單片機(jī)；門禁系統(tǒng)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-3044（2016）17-0243-03

在信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代飛速發(fā)展的今天，門禁技術(shù)已經(jīng)超越了傳統(tǒng)單純的以門和鑰匙的管理模式，可以通過嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，運(yùn)用電子、機(jī)械、光學(xué)、通信及計(jì)算機(jī)等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)重要場所的出入管理。以單片機(jī)技術(shù)為核心，配以RFID技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的門禁系統(tǒng)，不僅能夠有效快速地實(shí)現(xiàn)門禁管理，安全技術(shù)也優(yōu)于傳統(tǒng)方式，已逐漸成為一套完整的管理系統(tǒng)，在銀行、賓館、檔案室、辦公間，智能化小區(qū)等多種場所發(fā)揮著巨大的作用[1]。

1 門禁系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的門禁系統(tǒng)主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)控制電路，F(xiàn)M1702讀卡電路，繼電控制電路，存儲(chǔ)電路與蜂鳴器報(bào)警等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)成圖如圖1所示，通過單片機(jī)系統(tǒng)與外圍電路對讀卡電路進(jìn)行控制，讀卡電路將RFID射頻卡信息讀取進(jìn)系統(tǒng)中，通過繼電控制電路實(shí)現(xiàn)對門的開啟或者報(bào)警[2]。

本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)控制射頻卡，通過天線對Mifare卡進(jìn)行讀寫操作；將讀取的數(shù)據(jù)通過RS485通信模塊與上位機(jī)PC進(jìn)行通信，傳輸所獲取的數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)硬件電路圖設(shè)計(jì)

2.1 STC89C52的電路連接

本系統(tǒng)中，STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路連接圖如圖2所示，采用串行通信，與FM1702讀卡器電路相連。其中單片機(jī)的P0口與FM1702芯片的控制總線相連，上電成功后進(jìn)行射頻卡的數(shù)據(jù)讀取。

2.2 天線設(shè)計(jì)

射頻卡讀寫器采用電感耦合方式連接，通過產(chǎn)生的磁通量，建立讀卡器與射頻卡傳遞信息的環(huán)境，由于本射頻卡是無源卡片，該磁通量還負(fù)責(zé)向射頻卡提供電源。因此，本設(shè)計(jì)的讀卡器天線不但需要具備較大的線圈電流，以產(chǎn)生較大的磁通量，還要求盡量在額定功率下工作，減少磁通量的耗損。另外，為了適應(yīng)多種載波信號的，還需要有較大的帶寬[3]。天線匹配電路主要包括一個(gè)EMC低通濾波器，一個(gè)接收電路，天線匹配電路和天線線圈，其工作過程為：

通過天線讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)過電路送到FM1702芯片的RX腳。FM1702通對驅(qū)動(dòng)管腳進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測和解調(diào)，并根據(jù)配置的寄存器進(jìn)行處理。單片機(jī)通過P3口讀取數(shù)據(jù)。天線的直接連接的匹配電路如圖3所示。

2.3 繼電控制電路

繼電控制電路通過單片機(jī)輸出端輸出與三極管相連，驅(qū)動(dòng)繼電器開關(guān)。繼電器的輸出端一端與線圈相連，另一端接地。繼電器線圈產(chǎn)生磁場，使繼電器的常開節(jié)點(diǎn)和公共點(diǎn)相閉合，而這兩個(gè)點(diǎn)與電子鎖的兩根控制線相連，使得繼電器的兩節(jié)點(diǎn)的斷開和閉合可以控制電子鎖的開門和鎖門。因此，當(dāng)單片機(jī)輸出端產(chǎn)生低電平時(shí)，三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)三極管做開關(guān)，處于飽和導(dǎo)通，輸出信號為反相的高電平。繼電器線圈通電，觸電開關(guān)吸合，電子鎖控制線接通開門。反之，單片機(jī)沒有輸出時(shí)為高電平，三極管截止，輸出為低電平，繼電器線圈沒電，觸電開關(guān)打開，電子鎖控制線斷開鎖門。電路圖如圖4所示。

3 射頻卡讀卡器的軟件設(shè)計(jì)

射頻卡讀卡器的程序主要由主程序，調(diào)制解調(diào)操作程序和通信程序三部分組成。通過初始化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)各引腳和寄存器的設(shè)置，以及對讀卡器的各寄存器設(shè)置初值、開啟射頻環(huán)境、看門狗復(fù)位及對串口進(jìn)行初始化等。主要流程如圖5所示。

讀卡器主程序主要實(shí)現(xiàn)對讀卡器電路的初始化，射頻卡的檢測中斷處理程序，以及與上位機(jī)的通信處理程序，主要流程圖如圖6所示。

3.1 讀卡過程及程序設(shè)計(jì)介紹

讀卡過程的程序主要實(shí)現(xiàn)對射頻卡的讀取操作，主要包括卡片的初始化程序，防碰撞程序，卡片數(shù)據(jù)的讀取操作等。通過對卡片初始化后，在射頻天線的檢測范圍內(nèi)，一旦有卡片進(jìn)入，就會(huì)被檢測到。當(dāng)有多張卡片時(shí)，會(huì)運(yùn)行防碰撞程序。被檢測的卡片在進(jìn)行識(shí)別后，就進(jìn)入卡片數(shù)據(jù)的讀寫程序。

3.2 識(shí)別卡片

對卡片的識(shí)別就是讀取卡片內(nèi)保存的編碼，然后將保存在存儲(chǔ)器中的卡片編號與檢測到的卡片進(jìn)行對比，對比無誤后，之后進(jìn)入卡片數(shù)據(jù)的讀取。盡管這個(gè)過程比較簡單，但卻是整個(gè)卡片讀取過程中最重要的，只有正確選中卡片，之后的操作才能正確進(jìn)行。

3.3 讀取卡片

在完成了卡片式別后，就確認(rèn)該卡片是有效的卡片，接下來就進(jìn)行對射頻卡的數(shù)據(jù)讀寫。讀卡函數(shù)從已通過密碼驗(yàn)證的扇區(qū)中讀取一個(gè)數(shù)據(jù)塊，共16個(gè)字節(jié)，其中前面幾個(gè)字節(jié)即為卡號，所以需要前面5個(gè)字節(jié)。

4 總結(jié)

本文主要針對門禁控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用STC89C52芯片通過與射頻模塊進(jìn)行通信，控制繼電器的接通和斷開，實(shí)現(xiàn)了門禁系統(tǒng)的進(jìn)出入的管理。通過驗(yàn)證，用該單片機(jī)控制的門禁控制系統(tǒng)可以達(dá)到預(yù)期的要求，同時(shí)根據(jù)門禁系統(tǒng)的特殊要求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了對射頻卡的選擇、讀取以及報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)了門禁控制系統(tǒng)功能，達(dá)到了較為理想的效果[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱嶸濤. STC15單片機(jī)和nRF2401的無線門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2014，17（6）：57-59.

[2] 張永宏. 基于51單片機(jī)與nRF24L01無線門禁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，27（1）：64-67.

[3] 周斌. 基于AVR單片機(jī)的門禁控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2007，15（12）：1788-1790.

[4] 董蘊(yùn)華.基于RFID技術(shù)的無線門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].通信技術(shù)，2009，42（9）：105-107.